專利名稱：電磁型連接裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的裝置，尤其涉及的是一種電磁型連接裝置。
背景技術(shù)：
在可重構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)中，若干機(jī)器人個(gè)體可以通過(guò)特定的連接裝置形成新的構(gòu) 形，從而增強(qiáng)其整體的性能，以適應(yīng)新的環(huán)境與任務(wù)要求。因此，連接裝置是可重構(gòu)機(jī)器人 設(shè)計(jì)中最為重要的一部分，直接影響可重構(gòu)機(jī)器人的整體性能。目前，應(yīng)用于可重構(gòu)機(jī)器人 領(lǐng)域的連接裝置主要有利用形狀記憶合金的插銷式連接機(jī)構(gòu)、永磁型連接機(jī)構(gòu)、機(jī)械連接 機(jī)構(gòu)以及電磁型連接機(jī)構(gòu)。但由于這些連接機(jī)構(gòu)尺寸的限制，很難應(yīng)用到可重構(gòu)微型機(jī)器 人領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00910049401. 5，名稱為微 型萬(wàn)向連接裝置，該裝置中，連接器的底座和球形端蓋前端上下對(duì)接在一起組成一個(gè)大于 半球的球孔，球形連接桿插入其中組成一個(gè)靈活的球形萬(wàn)向節(jié)，端蓋可以繞底座旋轉(zhuǎn)，通過(guò) 控制鎖緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)該裝置的自動(dòng)連接/脫離。攜帶該裝置的多個(gè)微型機(jī)器人可以自動(dòng)連 接在一起，在任意曲率的曲面上運(yùn)動(dòng)。該裝置只能進(jìn)行機(jī)械連接，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)微機(jī)器人 之間的電氣連接。進(jìn)一步的檢索發(fā)現(xiàn)，T. Haga等在《Microsystem Technologies》(微系統(tǒng) 技術(shù))2000 年 4 月發(fā)表的:Development of microconnector with an automatic connecting/disconnectingmechanism( 一種可自動(dòng)連接/脫離的微型連接裝置)，該技術(shù) 公開了一種機(jī)械和電氣一體的微型連接裝置，其直徑和厚度分別為2. 5mm和2mm，實(shí)現(xiàn)連接 /脫離的鎖緊機(jī)構(gòu)由電磁鐵、永磁體以及螺旋彈簧組成，用于鏈?zhǔn)轿⑿鸵苿?dòng)機(jī)器人的柔性連 接。該連接裝置的優(yōu)點(diǎn)是整體體積較小，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械以及電氣的連接，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，需采用造價(jià)昂貴的X射線光刻微細(xì)加工技術(shù)制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電磁型連接裝置，通過(guò)控制電 磁鐵和永磁體之間產(chǎn)生的吸引和斥力來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)件與被動(dòng)件的連接與脫離，不僅實(shí)現(xiàn)了微 機(jī)器人之間的機(jī)械連接，而且同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了它們之間的電氣連接。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括接頭、對(duì)準(zhǔn)孔、主動(dòng)電極、電磁 鐵、主動(dòng)底座、對(duì)準(zhǔn)頭、被動(dòng)電極、插頭、永磁體和被動(dòng)底座，其中接頭設(shè)置于主動(dòng)底座上， 對(duì)準(zhǔn)孔和主動(dòng)電極分別固定在接頭上，電磁鐵的一端固定設(shè)于接頭的中央，另一端上設(shè)有 線圈，插頭設(shè)于被動(dòng)底座上，對(duì)準(zhǔn)頭和被動(dòng)電極分別固定在插頭上，對(duì)準(zhǔn)頭和對(duì)準(zhǔn)孔的位置 相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)電極和被動(dòng)電極的位置相對(duì)應(yīng)，永磁體固定在插頭的中央，插頭和接頭大小相等。所述的接頭設(shè)于主動(dòng)底座的上表面的圓形凹槽中，所述的插頭設(shè)于被動(dòng)底座的上表面的圓形凹槽中。所述的對(duì)準(zhǔn)孔和主動(dòng)電極分別等距離的固定在接頭上，對(duì)準(zhǔn)頭和被動(dòng)電極分別等距離的固定在插頭上。所述的接頭、對(duì)準(zhǔn)孔、主動(dòng)電極、電磁鐵和主動(dòng)底座構(gòu)成了主動(dòng)件。所述的對(duì)準(zhǔn)頭、被動(dòng)電極、插頭、永磁體和被動(dòng)底座構(gòu)成了被動(dòng)件。所述的主動(dòng)電極的頂部是懸臂梁結(jié)構(gòu)，底部延伸至接頭的邊緣。所述的被動(dòng)電極的頂部是長(zhǎng)方體凸起，底部延伸至插頭的邊緣。所述的永磁體是釤鈷合金制成。所述的主動(dòng)底座、被動(dòng)底座、插頭和接接頭是硅材料制成。所述的電磁鐵是鐵鎳合金制成。所述的主動(dòng)電極和被動(dòng)電機(jī)是銅制成。主動(dòng)電極和被動(dòng)電極以引線方式與外部連接。通過(guò)控制電磁鐵和永磁體之間產(chǎn)生 的吸引和斥力來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)件與被動(dòng)件的連接與脫離。當(dāng)主動(dòng)件與被動(dòng)件進(jìn)行連接時(shí)，利用 插座上的對(duì)準(zhǔn)頭與接頭上的對(duì)準(zhǔn)孔進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)；當(dāng)主動(dòng)件與被動(dòng)件脫離時(shí)，對(duì)電磁鐵上的線 圈反向通電，電磁鐵就與永磁體產(chǎn)生斥力，從而主動(dòng)件與被動(dòng)件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫離。本發(fā)明人相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)在保證機(jī)械連接的情況下，增加了通道的 電氣接口，使可重構(gòu)微機(jī)器人之間能夠相互通信和共享能源，而且電極之間的彈性接觸可 以提高該裝置電氣連接的穩(wěn)定性；僅在脫離時(shí)需要消耗可重構(gòu)微機(jī)器人的能源；對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) 一方面可以降低其連接所需的精度，另一方面可有效地提高其連接后的抗扭能力；結(jié)構(gòu)比 較簡(jiǎn)單，可采用UV-LIGA微細(xì)加工工藝制作，加工成本低廉。


圖1是本發(fā)明主動(dòng)件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明被動(dòng)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1，圖2所示，本實(shí)施例包括包括接頭1、對(duì)準(zhǔn)孔2、主動(dòng)電極3、電磁鐵4、主 動(dòng)底座5、對(duì)準(zhǔn)頭6、被動(dòng)電極7、插頭8、永磁體9和被動(dòng)底座10，其中接頭1設(shè)置于主動(dòng) 底座5上，對(duì)準(zhǔn)孔2和主動(dòng)電極3分別固定在接頭1上，電磁鐵4的一端固定設(shè)于接頭1的 中央，另一端上設(shè)有線圈(圖中未顯示)，插頭8設(shè)于被動(dòng)底座10上，對(duì)準(zhǔn)頭6和被動(dòng)電極 7分別固定在插頭8上，對(duì)準(zhǔn)頭6和對(duì)準(zhǔn)孔2的位置相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)電極3和被動(dòng)電極7的位 置相對(duì)應(yīng)，永磁體9固定在插頭8的中央，插頭8和接頭1大小相等。所述的接頭1設(shè)于主動(dòng)底座5的上表面的圓形凹槽中，主動(dòng)電極3共八個(gè)，相鄰的 主動(dòng)電極3的夾角是45°。對(duì)準(zhǔn)孔2共四個(gè)，分別設(shè)于兩個(gè)主動(dòng)電極3之間，相鄰對(duì)準(zhǔn)孔2 的夾角是90°。所述的插頭8設(shè)于被動(dòng)底座10的上表面的圓形凹槽中，被動(dòng)電極7共八個(gè)，相鄰的被動(dòng)電極7的夾角是45°。對(duì)準(zhǔn)頭6共四個(gè)，分別設(shè)于兩個(gè)被動(dòng)電極7之間，相鄰對(duì)準(zhǔn)頭6的夾角是90°。在其他實(shí)施例中，也可以根據(jù)實(shí)際通信需求增加或減少主動(dòng)電極3、被動(dòng) 電極7、對(duì)準(zhǔn)孔2和對(duì)準(zhǔn)頭6的個(gè)數(shù)所述的接頭1、對(duì)準(zhǔn)孔2、主動(dòng)電極3、電磁鐵4和主動(dòng)底座5構(gòu)成了主動(dòng)件。所述的對(duì)準(zhǔn)頭6、被動(dòng)電極7、插頭8、永磁體9和被動(dòng)底座10構(gòu)成了被動(dòng)件。所述的主動(dòng)電極3的頂部是懸臂梁結(jié)構(gòu)，底部延伸至接頭1的邊緣以引線和外部 相連；被動(dòng)電極7的頂部是長(zhǎng)方體凸起，底部延伸至插頭8的邊緣以引線和外部相連。主動(dòng) 電極3和被動(dòng)電極7的接觸位置靠近主動(dòng)電極3的懸臂梁的末端，因此懸臂梁在主動(dòng)件和 被動(dòng)件接觸時(shí)會(huì)發(fā)生一定量的形變，直至電磁鐵4和永磁體9相吸在一起；由于主動(dòng)電極3 的懸臂梁結(jié)構(gòu)，可以消除裝置的加工誤差對(duì)連接的影響，確保每個(gè)電極均緊密接觸。所述的永磁體9是釤鈷合金制成，電磁鐵4是鐵鎳合金制成，主動(dòng)電極3和被動(dòng)電 機(jī)是銅制成，主動(dòng)底座5、被動(dòng)底座10、插頭8和接接頭1是硅材料制成。本實(shí)施例的尺寸主動(dòng)件為長(zhǎng)*寬*高=5mm*5mm*2. 5mm ；被動(dòng)件為長(zhǎng)*寬*高= 5mm氺5mm氺2. 5mm。當(dāng)主動(dòng)件與被動(dòng)件進(jìn)行連接時(shí)，四個(gè)對(duì)準(zhǔn)頭6分別與相應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)孔2進(jìn)行同心對(duì) 準(zhǔn)，并插入對(duì)準(zhǔn)孔2 ；永磁體9吸引電磁鐵4并與其接觸，由于結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，主動(dòng)電極3 和被動(dòng)電極7會(huì)先于永磁體9和電磁鐵4接觸，由于主動(dòng)電極3的懸臂梁結(jié)構(gòu)，可以發(fā)生一 定量的形變，消除裝置的加工誤差對(duì)連接的影響，確保每個(gè)電極均緊密接觸；當(dāng)主動(dòng)件與被 動(dòng)件進(jìn)行脫離時(shí)，對(duì)電磁鐵4上的線圈通電，使電磁鐵4和永磁體9之間的吸引力變?yōu)槌?力，從而主動(dòng)件與被動(dòng)件脫離。
權(quán)利要求
一種電磁型連接裝置，包括電磁鐵和永磁體，其特征在于，還包括接頭、對(duì)準(zhǔn)孔、主動(dòng)電極、主動(dòng)底座、對(duì)準(zhǔn)頭、被動(dòng)電極、插頭和被動(dòng)底座，其中接頭設(shè)置于主動(dòng)底座上，對(duì)準(zhǔn)孔和主動(dòng)電極分別固定在接頭上，電磁鐵的一端固定設(shè)于接頭的中央，另一端上設(shè)有線圈，插頭設(shè)于被動(dòng)底座上，對(duì)準(zhǔn)頭和被動(dòng)電極分別固定在插頭上，對(duì)準(zhǔn)頭和對(duì)準(zhǔn)孔的位置相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)電極和被動(dòng)電極的位置相對(duì)應(yīng)，永磁體固定在插頭的中央，插頭和接頭大小相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁型連接裝置，其特征是，所述的接頭設(shè)于主動(dòng)底座的上 表面的圓形凹槽中，插頭設(shè)于被動(dòng)底座的上表面的圓形凹槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁型連接裝置，其特征是，所述的對(duì)準(zhǔn)孔和主動(dòng)電極分別 等距離的固定在接頭上，對(duì)準(zhǔn)頭和被動(dòng)電極分別等距離的固定在插頭上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁型連接裝置，其特征是，所述的接頭、對(duì)準(zhǔn)孔、主動(dòng)電極、 電磁鐵和主動(dòng)底座構(gòu)成了主動(dòng)件，對(duì)準(zhǔn)頭、被動(dòng)電極、插頭、永磁體和被動(dòng)底座構(gòu)成了被動(dòng) 件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁型連接裝置，其特征是，當(dāng)主動(dòng)件與被動(dòng)件進(jìn)行連接時(shí)， 四個(gè)對(duì)準(zhǔn)頭分別與相應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)孔進(jìn)行同心對(duì)準(zhǔn)，并插入對(duì)準(zhǔn)孔，永磁體吸引電磁鐵并與其 接觸，主動(dòng)電極和被動(dòng)電極會(huì)先于永磁體和電磁鐵接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁型連接裝置，其特征是，當(dāng)主動(dòng)件與被動(dòng)件進(jìn)行脫離時(shí)， 對(duì)電磁鐵上的線圈通電，使電磁鐵和永磁體之間的吸引力變?yōu)槌饬Γ瑥亩鲃?dòng)件與被動(dòng)件 脫離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁型連接裝置，其特征是，所述的主動(dòng)電極的頂部是懸臂 梁結(jié)構(gòu)，底部延伸至接頭的邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁型連接裝置，其特征是，所述的被動(dòng)電極的頂部是長(zhǎng)方 體凸起，底部延伸至插頭的邊緣。
全文摘要
一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的電磁型連接裝置，包括接頭、對(duì)準(zhǔn)孔、主動(dòng)電極、電磁鐵、主動(dòng)底座、對(duì)準(zhǔn)頭、被動(dòng)電極、插頭、永磁體和被動(dòng)底座，接頭設(shè)置于主動(dòng)底座上，對(duì)準(zhǔn)孔和主動(dòng)電極分別固定在接頭上，電磁鐵的一端固定設(shè)于接頭的中央，另一端上設(shè)有線圈，插頭設(shè)于被動(dòng)底座上，對(duì)準(zhǔn)頭和被動(dòng)電極分別固定在插頭上，對(duì)準(zhǔn)頭和對(duì)準(zhǔn)孔的位置相對(duì)應(yīng)，主動(dòng)電極和被動(dòng)電極的位置相對(duì)應(yīng)，永磁體固定在插頭的中央，插頭和接頭大小相等。增加了通道的電氣接口，使可重構(gòu)微機(jī)器人之間能夠相互通信，僅在脫離時(shí)需要消耗可重構(gòu)微機(jī)器人的能源，對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)一方面可以降低其連接所需的精度，另一方面可有效地提高其連接后的抗扭能力，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，加工成本低廉。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101817183SQ20101015238
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者張大偉, 李振波, 楊帆, 陳佳品 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)